(57)【要約】【課題】処理基板の表面の高い酸素濃度の層が自然酸化膜程度の膜厚に減少し、処理基板の表面に良好な不純物分布でプラズマドーピングを行うことができるプラズマドーピング装置を提供する。【解決手段】窓７の真空室側の表面７ａに、プラズマ発生装置の発生部の中央より放射状に延びかつ電極処理基板載置面６ａに対して直交した絶縁性の側面部４０と、窓の真空室側表面の発生部に対応する領域に、処理基板と同じ材料の導電層１３とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空室を形成する真空容器と、
前記真空室内に配置されて処理基板を処理基板載置面に載置する電極と、
ドーパント用ガスを前記真空容器内に供給する供給装置と、
前記真空容器内をある一定の圧力に維持する圧力制御装置と、
プラズマを発生させるプラズマ発生装置と、
前記処理基板を載置している前記電極に高周波電力を印加する高周波電力供給装置とを備えて、ドーパントを前記処理基板の表面に注入するプラズマドーピング装置において、
前記プラズマ発生装置で前記プラズマを発生させるために電磁波を通過させる絶縁性の窓を備え、前記窓の真空室側の表面に、前記プラズマ発生装置の発生部の中央より放射状に延びかつ前記電極の処理基板載置面に対して直交するように配置された絶縁性の側面部を備えるとともに、前記窓の真空室側の前記表面の前記プラズマ発生装置の前記発生部に対応する領域には、前記処理基板と同じ材料の導電層を備えていることを特徴とするプラズマドーピング装置。
【請求項２】
前記窓の前記絶縁性の側面部は、前記窓の中央部から延びる放射状の梁の径方向沿いの側面で構成し、前記梁の高さが１０ｍｍ以上でかつ前記梁の側面が絶縁物で構成されていることを特徴とする請求項１に記載のプラズマドーピング装置。
【請求項３】
前記ドーパント用ガスが、ヒ素又はリン原子を含んでおり、アルシン、ホスフィン、三フッ化ヒ素、五フッ化ヒ素、三塩化ヒ素、五塩化ヒ素、三塩化リン、五塩化リン、三フッ化リン、五フッ化リン、又は、オキシ塩化リンであることを特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマドーピング装置。
【請求項４】
前記窓の前記絶縁性の側面部は、前記窓の中央部から延びる放射状の１本の梁の径方向沿いの側面で構成することを特徴とする請求項１に記載のプラズマドーピング装置。
【請求項５】
前記窓の抵抗率が１０ｋΩｃｍ以上の絶縁体であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のプラズマドーピング装置。
【請求項６】
前記窓の前記導電層の抵抗率が１ｋΩｃｍ以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載のプラズマドーピング装置。
【請求項７】
前記窓の前記絶縁性の側面部は、前記窓の中央部から延びる放射状の梁の径方向沿いの側面で構成し、前記梁は、前記真空容器と密着固定される前記窓の外周枠部よりも内側の領域に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のプラズマドーピング装置。
【請求項８】
前記プラズマの発生手段として、誘導結合プラズマ、ヘリコン波プラズマ源、磁気中性ループプラズマ源、又は、有磁場マイクロ波プラズマ源を用いることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載のプラズマドーピング装置。
【請求項９】
前記窓の前記絶縁性の側面部は、前記窓の中央部から延びる放射状の梁の径方向沿いの側面で構成し、前記電磁波が通過する前記窓の前記梁の径方向の外端の位置が、前記窓の中央から、前記プラズマ発生装置の前記発生部の外縁よりも外側に位置していることを特徴とする請求項８に記載のプラズマドーピング装置。
【請求項１０】
前記窓の前記絶縁性の側面部は、前記窓の真空室側の前記表面に配置された凹部の径方向沿いの側面で構成されていることを特徴とする請求項１に記載のプラズマドーピング装置。
【請求項１１】
前記窓の前記絶縁性の側面部は、前記窓の中央部から延びる放射状の段部の径方向沿いの側面で構成されていることを特徴とする請求項１に記載のプラズマドーピング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子デバイスを作成するための処理基板などの固体試料の表面に不純物を導入するプラズマドーピング装置であって、例えば、電子デバイス作製のための不純物導入方法を実施可能な不純物導入装置として有用なプラズマドーピング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
不純物を固体試料の表面に導入する技術としては、不純物をイオン化して低エネルギーで固体中に導入するプラズマドーピング法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図１５は、前記特許文献１に記載された従来の不純物導入方法としてのプラズマドーピング法に用いられるプラズマ処理装置の概略構成を示している。図１５において、真空容器２０１内に、シリコン基板よりなる試料２０９を載置するための試料電極２０６が設けられている。真空容器２０１内に、所望の元素を含むドーピング原料ガス、例えばＢ２Ｈ６を供給するためのガス供給装置２０２と、真空容器２０１内の内部を減圧するポンプ２０３とが設けられ、真空容器２０１内を所定の圧力に保つことができる。マイクロ波導波管２１９より、誘電体窓としての石英板２０７を介して、真空容器２０１内にマイクロ波が放射される。このマイクロ波と、電磁石２１４から形成される直流磁場の相互作用により、真空容器２０１内に有磁場マイクロ波プラズマ（電子サイクロトロン共鳴プラズマ）２２０が形成される。試料電極２０６には、コンデンサ２２１を介して高周波電源２１０が接続され、試料電極２０６の電位が制御できるようになっている。なお、ガス供給装置２０２から供給されたガスは、ガス供給口２１１から真空容器２０１内に供給され、排気口２１２からポンプ２０３へ排気される。
【０００４】
このような構成のプラズマ処理装置において、ガス供給口２１１から供給されたドーピング原料ガス、例えばＢ２Ｈ６は、マイクロ波導波管２１９及び電磁石２１４から成るプラズマ発生手段によってプラズマ化され、図１７のように、プラズマ２２０中のボロンイオンが高周波電源２１０によって試料２０９の表面に導入される。２２２はシースである。
【０００５】
プラズマドーピング処理によって不純物を導入しただけでは、トランジスタを構成することはできないため、活性化処理を行う必要がある。活性化処理とは、不純物を導入した層を、レーザアニール、又は、フラッシュランプアニールなどの方法を用いて加熱し、結晶中で活性な状態にする処理をいう。このとき、不純物を導入した極薄い層を効果的に加熱することにより、浅い活性化層を得ることができる。不純物を導入した極薄い層を効果的に加熱するには、不純物を導入する前に、不純物を導入しようとする極薄い層における、レーザ、若しくは、ランプなどの光源から照射される光に対する吸収率を高めておく処理が行われる。この処理はプレアモルファス化と呼ばれるもので、先に示したプラズマ処理装置と同様の構成のプラズマ処理装置において、Ｈｅガスなどのプラズマを発生させ、プラズマにより生じたＨｅなどのイオンをバイアス電圧によって基板に向けて加速して基板に衝突させ、基板表面の結晶構造を破壊して非晶質化している。
【０００６】
特許文献２によると、半導体基板に不純物を打ち込むイオン注入装置において、コンタミネーションの打ち込みを防止するため、また、メンテナンスを容易にするために、イオン注入装置の内部に取り付けられる保護部材を設置し、不純物がドーピングされた半導体材料からなる内部保護部材をイオン注入装置内部に設置している。
【０００７】
【特許文献１】米国特許４９１２０６５号公報
【特許文献２】特開２００１−３１２９９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
プラズマドーピングでは、誘電体窓としての石英板２０７を介して、電磁波を伝播させ、プラズマを生成している。ボロンを含むドーパント用ガスであるジボラン（Ｂ２Ｈ６）を使用した場合、石英板２０７の主成分であるシリコンと酸素において、ボロンと酸素の結合エネルギーが高いため、図１７のように、ボロンが、石英板２０７の表面に選択的に付着し、石英板２０７をプラズマ中のイオン衝撃から守り、プラズマ中のイオンが衝突しても石英の酸素が分解されにくく、プラズマ中に酸素が放出される確率は非常に低い。そのため、プラズマ中でイオン化した酸素イオンが、処理基板９に注入されにくい。
【０００９】
しかしながら、ヒ素又はリンを含むドーパント用ガスであるアルシン又はホスフィンを用いた場合、石英板２０７の主成分であるシリコンと酸素において、酸素との結合エネルギーが低いために、ヒ素又はリンは石英板２０７の表面に対する付着力が弱く、図１８のようにプラズマ中のイオンの衝撃により酸素がプラズマ中へ放出され（図１６）、プラズマ中の酸素分圧が増えた結果、シリコン基板よりなる試料２０９の表面に酸素を含んだ不純物が注入される。図６に、ヒ素濃度とシリコン及び酸素濃度とを示している。図６からわかるように、自然酸化膜程度の膜厚を大きく越える、表面から約６ｎｍ程度の深さまでも酸素が存在し、同程度の深さまでにはシリコンのピークが見られない。また、ヒ素のピークも同様の深さに存在しており、シリコン表面には酸素が多く存在していることが明白である。
【００１０】
従って、本発明の目的は、上記問題を解決することにあって、例えばシリコン基板のような処理基板の表面の高い酸素濃度の層が自然酸化膜程度の膜厚に減少し、処理基板の表面に良好な不純物分布でプラズマドーピングを行うことができるプラズマドーピング装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。
本発明の第１態様によれば、真空室を形成する真空容器と、
前記真空室内に配置されて処理基板を処理基板載置面に載置する電極と、
ドーパント用ガスを前記真空容器内に供給する供給装置と、
前記真空容器内をある一定の圧力に維持する圧力制御装置と、
プラズマを発生させるプラズマ発生装置と、
前記処理基板を載置している前記電極に高周波電力を印加する高周波電力供給装置とを備えて、ドーパントを前記処理基板の表面に注入するプラズマドーピング装置において、
前記プラズマ発生装置で前記プラズマを発生させるために電磁波を通過させる絶縁性の窓を備え、前記窓の真空室側の表面に、前記プラズマ発生装置の発生部の中央より放射状に延びかつ前記電極の処理基板載置面に対して直交するように配置された絶縁性の側面部を備えるとともに、前記窓の真空室側の前記表面の前記プラズマ発生装置の前記発生部に対応する領域には、前記処理基板と同じ材料の導電層を備えていることを特徴とするプラズマドーピング装置を提供する。
【００１２】
本発明の第２態様によれば、前記窓の前記絶縁性の側面部は、前記窓の中央部から延びる放射状の梁の径方向沿いの側面で構成し、前記梁の高さが１０ｍｍ以上でかつ前記梁の側面が絶縁物で構成されていることを特徴とする第１の態様に記載のプラズマドーピング装置を提供する。
【００１３】
本発明の第３態様によれば、前記ドーパント用ガスが、ヒ素又はリン原子を含んでおり、アルシン、ホスフィン、三フッ化ヒ素、五フッ化ヒ素、三塩化ヒ素、五塩化ヒ素、三塩化リン、五塩化リン、三フッ化リン、五フッ化リン、又は、オキシ塩化リンであることを特徴とする第１又は２の態様に記載のプラズマドーピング装置を提供する。
【００１４】
本発明の第４態様によれば、前記窓の前記絶縁性の側面部は、前記窓の中央部から延びる放射状の１本の梁の径方向沿いの側面で構成することを特徴とする第１の態様に記載のプラズマドーピング装置を提供する。
【００１５】
本発明の第５態様によれば、前記窓の抵抗率が１０ｋΩｃｍ以上の絶縁体であることを特徴とする第１〜４のいずれか１つの態様に記載のプラズマドーピング装置を提供する。
【００１６】
本発明の第６態様によれば、前記窓の前記導電層の抵抗率が１ｋΩｃｍ以下であることを特徴とする第１〜５のいずれか１つの態様に記載のプラズマドーピング装置を提供する。
【００１７】
本発明の第７態様によれば、前記窓の前記絶縁性の側面部は、前記窓の中央部から延びる放射状の梁の径方向沿いの側面で構成し、前記梁は、前記真空容器と密着固定される前記窓の外周枠部よりも内側の領域に配置されていることを特徴とする第１の態様に記載のプラズマドーピング装置を提供する。
【００１８】
本発明の第８態様によれば、前記プラズマの発生手段として、誘導結合プラズマ、ヘリコン波プラズマ源、磁気中性ループプラズマ源、又は、有磁場マイクロ波プラズマ源を用いることを特徴とする第１〜７のいずれか１つの態様に記載のプラズマドーピング装置を提供する。
【００１９】
本発明の第９態様によれば、前記窓の前記絶縁性の側面部は、前記窓の中央部から延びる放射状の梁の径方向沿いの側面で構成し、前記電磁波が通過する前記窓の前記梁の径方向の外端の位置が、前記窓の中央から、前記プラズマ発生装置の前記発生部の外縁よりも外側に位置していることを特徴とする第８の態様に記載のプラズマドーピング装置を提供する。
【００２０】
本発明の第１０態様によれば、前記窓の前記絶縁性の側面部は、前記窓の真空室側の前記表面に配置された凹部の径方向沿いの側面で構成されていることを特徴とする第１の態様に記載のプラズマドーピング装置を提供する。
【００２１】
本発明の第１１態様によれば、前記窓の前記絶縁性の側面部は、前記窓の中央部から延びる放射状の段部の径方向沿いの側面で構成されていることを特徴とする第１の態様に記載のプラズマドーピング装置を提供する。
【発明の効果】
【００２２】
前記窓の真空室側の前記表面の前記プラズマ発生装置の前記発生部に対応する領域には、前記処理基板と同じ材料の前記導電層を備えているため、従来のヒ素又はリンよりも、前記窓の材料（例えば誘電体）と前記処理基板と同じ材料の前記導電層との付着力が強く、プラズマ中のイオンの衝撃により酸素がプラズマ中へ放出されることを前記導電層により防止することができて、プラズマ中の酸素分圧の増加を抑制することができる。また、前記プラズマ発生装置の前記発生部によって発生する交流磁界を印加したときに、導電層の表面に発生する渦電流を、前記窓の前記絶縁性の側面部により抑制することができるため、渦電流の発生による抵抗損失により、交流磁界が減衰して、プラズマ密度が低下するのを防止することができる。
【００２３】
このような構成の結果、従来よりも、試料（例えば、シリコン基板）の表面の高い酸素濃度の層が自然酸化膜程度の膜厚に減少し、試料（例えば、シリコン基板の半導体回路装置）の表面に、良好な不純物分布のドーピングを行うことができる。よって、例えば、ヒ素又はリンを含むドーパント用ガスを用いたｎ型半導体作製において、半導体基板表面の高い酸素濃度の層の膜厚を、未処理のシリコン基板の自然酸化膜程度に低減させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下に、本発明にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２５】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態にかかるプラズマドーピング装置について、図１から図７を参照して説明する。
図１に、本発明の第１実施形態にかかるプラズマドーピング装置の断面図を示す。図１において、真空室１Ａを内部に形成しかつ接地された、例えば円筒形状の真空容器１内に、ドーパント用ガス供給装置の一例としてガス供給装置２から真空容器１の側壁のガス供給口１１を介して所定のガスを真空容器１内に供給しつつ、排気装置の一例としてのターボ分子ポンプ３により真空容器１の底面の排気口１２を介して真空容器１内の排気を行い、排気口１２を開閉する調圧弁４により、真空容器１内を所定の圧力に保つことができる。ターボ分子ポンプ３と調圧弁４と制御装置９０の圧力制御部とにより、圧力制御装置の一例を構成している。プラズマ発生用高周波電力供給装置の一例としての高周波電源５により、一例として１３．５６ＭＨｚの高周波電力を、試料電極６の処理基板載置面６ａに対向して真空容器１の上部円形開口に設けられた円形の誘電体窓７の外側の上面近傍に設けられたコイル８に、整合器５ａを介して供給することにより、誘導結合型プラズマを、真空容器１内の真空容器１の試料電極６の上方空間及びその周辺に発生させることができる。このプラズマ発生用高周波電源５と整合器５ａとコイル８とにより、プラズマ発生装置又は手段を構成している。真空容器１内に、複数本の支柱である絶縁体６０を介して配置された試料電極６の処理基板載置面６ａ上に、試料の一例としてのシリコン基板９を載置する。
【００２６】
この第１実施形態では、円形の誘電体窓７の真空室１Ａ側の内面の構造を以下のように構成している。前記プラズマ発生装置で前記プラズマを発生させるために電磁波を通過させる絶縁性の材料例えば誘電体の窓７の真空室側の表面（内面）７ａに、プラズマ発生装置の発生部の一例としてのコイル８の中央に対向する位置を基点として、基点より放射状に延びかつ電極６の処理基板載置面６ａに対して直交するように配置されかつ誘電体で構成された誘電体側面部４０を備えるとともに、前記表面７ａには、試料９と同じ材料（試料９と同じ材料が主成分である物質をも含む。）の導電層１３を形成するようにして、プラズマの密度はそのまま維持しつつ誘電体側面部４０により渦電流の発生を抑制するように構成している。すなわち、図１９に示すようにコイル８によって発生する交流磁界２４０を誘電体窓７上の導電体物質１３０（例えばシリコンの導電層１３）に印加した場合、導電体物質１３０の表面に渦電流２３０が発生するために、渦電流２３０の発生による抵抗損失により、交流磁界２４０が減衰し、プラズマ密度が低下する。これを防止すべく、導電体物質１３０において、絶縁層４０を径方向沿いに配置して導電体物質１３０を一部欠落させることにより、渦電流２３０の発生を効果的に抑制できるようにしている。
【００２７】
より具体的には、図２の(Ａ)及び(Ｂ)のように、円形の誘電体窓７の中央から放射状に延びる少なくとも１つ（例えば、図２の(Ａ)及び(Ｂ)では８本）の梁１４を設置し（複数本の梁１４の場合には、複数本の梁１４を所定間隔（例えば、等間隔又は任意の間隔）に設置し）、基板９の表面に対向する誘電体窓７の内面７ａ（図２の（Ａ）の斜線で示す領域）に、基板９と同じ材料が主成分である物質を予め付着させて導電層１３を形成し、梁１４の両側面（少なくとも一方の側面）には、前記基板９と同じ材料が主成分である物質を付着させずに誘電体窓７の誘電体窓７と同じ材料を露出させて、絶縁層である誘電体側面部４０を形成するようにしている。この場合、一例として、基板９はシリコン基板であるため、誘電体窓７に付着させる物質をシリコンとして、導電層１３をシリコンで形成している。誘電体窓７の材質は、一例として石英であるため、誘電体側面部４０は石英で形成している。誘電体側面部４０を石英で形成すれば、汚染物質の含有が最も少ない材料である石英を使用することになり、半導体製造工程における金属汚染低減効果を発揮することができる。ここで、基板９と同じ材料であるシリコンと石英との結合エネルギーは、ヒ素又はリンと石英との結合エネルギーよりも強いため、本実施形態にかかるシリコンと石英との付着力は、従来のようなヒ素又はリンと石英板との付着力よりも強い。
【００２８】
また、導電層１３の厚さは、プラズマ中のイオンの衝撃により酸素がプラズマ中へ放出されるのを防止するため、少なくとも１μｍは必要であり、好ましくは、１００μｍ程度がよい。導電層１３の厚さが１００μｍもあれば、十分に前記効果を達成することができるからである。
【００２９】
なお、図２の(Ａ)及び(Ｂ)では８本の梁１４は、それぞれの中央側の端部は互いに連結されているとともに、それぞれの外縁側の端部は、窓７の内面７ａの外周枠部７ｂに連結されて一体となっている。外周枠部７ｂは、真空容器１の上端面に接触して固定されかつ真空を保持するために真空容器１の上端面と外周枠部７ｂとの間は密閉シールされる部分であり、シール性を確保するため、誘電体側面部４０及び各梁１４は、外周枠部７ｂには形成しないのが望ましい。言い換えれば、各梁１４は、前記真空容器１の上端面と密着固定される前記窓７の外周枠部７ｂよりも内側の領域に配置されるようにする望ましい。
【００３０】
図１９に示すように、誘電体窓７の中心回りの回転方向の電流（渦電流）２３０を遮断するための各梁１４の高さ（窓７の厚み方向の寸法）を１０ｍｍ以上にすることが望ましい。その理由は、梁１４の高さ、すなわち、誘電体側面部４０の幅（窓７の厚み方向の寸法）が１０ｍｍ未満では、渦電流を遮断する効果が小さいからである。なお、一例として、外周枠部７ｂの高さは３５ｍｍである。
【００３１】
ただし、電磁波が通過する誘電体窓７の梁１４の径方向の外端の位置は、窓７の中央から、プラズマ発生装置の発生源の一例としてのコイル８の外縁（最外周の半径）よりも外側まで延びて位置している必要がある。この理由は、コイル８によって、コイル８の中央を中心にシリコン１３上に渦電流２３０が発生し、電流が熱に交換されて損失が生じ、プラズマが減衰するため、梁１４の径方向の外端の位置が、窓７の中央から、コイル８の外縁（最外周の半径）よりも外側まで延びて位置しておれば、コイル８による渦電流２３０を有効に遮断又は抑制することができるためである。また、この結果、梁１４の外側の枠部（石英が露出している部分、すなわち、外周枠部７ｂ）の面積を少なくすることもでき、プラズマ中のイオン衝撃に晒される領域を小さくすることができる。
【００３２】
また、第１実施形態の変形例として、窓７の内面７ａに、内面７ａから下向きに突出した梁１４を形成する代わりに、図２の（Ｂ）の断面における凹凸関係を逆にして、梁１４に対応する部分に凹溝部を形成し、凹溝部の溝壁面を誘電体側面部４０に形成するようにしてもよい。
【００３３】
また、試料電極６には、高周波電力を供給するための、高周波電力印加装置の一例としての高周波電力印加用高周波電源１０が接続されるように、真空容器１外に設けられており、試料電極６に載置される試料の一例としてのシリコン基板９が、プラズマに対して負の電位を持つように、制御装置９０により高周波電力印加用高周波電源１０を駆動制御して、試料電極６の電位を制御することができるようになっている。制御装置９０は、ガス供給装置２とターボ分子ポンプ３と調圧弁４と高周波電源５と整合器５ａと高周波電源１０と整合器２０とをそれぞれ動作制御して、プラズマドーピング方法を実施できるように構成している。
【００３４】
シリコン基板９を試料電極６の処理基板載置面６ａに載置した後、試料電極６の温度を、試料電極６に内蔵された温度調整装置（図示せず）で例えば１０℃に保ちながら、真空容器１を排気口１２から排気しつつ、ガス供給装置２からガス供給口１１を介して真空容器１に、例えば、ヘリウムガスを５０ｓｃｃｍ供給するとともに、ドーピング原料ガス（ドーパント用ガス）の一例としてのアルシン（ＡｓＨ３）ガスを３ｓｃｃｍ供給し、調圧弁４を制御装置９０で開閉制御して真空容器１の圧力を例えば３Ｐａに保つ。
【００３５】
このとき、誘電体窓７は一例として石英で構成されており、石英は、抵抗率が１０ｋΩｃｍ以上、例えば、１００ＧΩｃｍ程度の絶縁体である。また、一例として前記基板９を主成分とする物質はシリコンであり、シリコンはドーピングして抵抗率が変わるため、シリコンの抵抗率は１ｋΩｃｍ以上であり、ノンドープシリコンの抵抗率は１ｋΩｃｍ以下であり、変わることがない。すなわち、シリコンはドーピングすると抵抗率が小さくなる。つまり、ノンドープシリコンの抵抗率よりも抵抗率が小さくなるため、誘電体窓７の導電層１３の抵抗率は１ｋΩｃｍ以下であることが好ましい。誘電体窓７の導電層１３を形成するシリコンは、特に単結晶にする必要はない。
【００３６】
図３は、本発明の第１実施形態で実施したプラズマドーピング処理において、誘電体窓７の真空側の内面７ａの状態を表している図である。図４は、本発明の第１実施形態によるプラズマドーピング処理中の処理基板表面の状態の説明図である。２１はプラズマ、２２はシースを示している。図１の前記装置では、誘電体窓７の内面７ａの最終端が導電層１３のシリコンであるため、図３及び図４のように、誘電体窓７から酸素が真空室１Ａ内に放出されるのを導電層１３により抑制することができ、プラズマ２１から試料基板９に酸素が注入されなくなり、シリコン基板９の表面の酸素濃度を低減させることができる。
【００３７】
ここで、図２の(Ａ)及び(Ｂ)は、アルシンガスを用いてプラズマドーピングした処理基板９の表面付近のヒ素濃度及びシリコン及び酸素濃度である。ただし、シリコン及び酸素濃度は、任意単位であるが、例えば、ＳＩＭＳ（二次イオン質量分析法、Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）測定におけるシリコン原子及び酸素原子カウント数で表すことができる。これは、カウント数（counts/s）は、シリコン及び酸素の濃度に比例するからである。図５は、本発明の前記第１実施形態によるプラズマドーピング直後のヒ素濃度、シリコン及び酸素の元素カウント数を示す図である。従来例の図６と前記第１実施形態の図５とを比較した場合、酸素濃度とその深さが異なっており、本発明の第１実施形態にかかるプラズマドーピングを実施したとき、酸素の注入深さは約３ｎｍ程度、ヒ素のピークも約２ｎｍとなり、自然酸化膜程度しかない。これに対して、先に述べたように、図６では、酸素の注入深さは約６ｎｍ程度までも達し、同程度の深さまでシリコンのピークが見られない。また、ヒ素のピークも同様の深さに存在しており、シリコン表面には酸素が多く存在している。
【００３８】
図７は、ｐ型シリコン基板のＳＩＭＳ測定の結果で、ヒ素濃度及びシリコン原子及び酸素原子カウント数である。図７より、自然酸化膜の膜厚は約２ｎｍ程度であり、本発明の第１実施形態にかかるプラズマドーピング処理方法では同程度の膜厚となっていることがわかる。
【００３９】
シリコン半導体で用いられるドーピング原料ガスの一例として、アルシンガスの例を挙げたが、ｎ型半導体用ドーピング原料ガスであるホスフィン、三フッ化ヒ素、五フッ化ヒ素、三塩化ヒ素、五塩化ヒ素、三塩化リン、五塩化リン、三フッ化リン、五フッ化リン、若しくは、オキシ塩化リンなどを用いてもよい。
【００４０】
１つの実例として、第１ステップＳ１のガス供給及び排気工程では、真空容器１内の圧力が３Ｐａであり、Ｈｅ流量が５０ｓｃｃｍであり、ＡｓＨ３流量が３ｓｃｃｍであり、（Ｖ・ｐ／Ｑ）が６．７ｓであり、排気がオンであり、プラズマ発生用高周波電源５及び高周波電力印加用高周波電源１０の高周波電力（ＩＣＰ／ＢＩＡＳ）が０／０（Ｗ）である。
【００４１】
次いで、第２ステップＳ２のガス供給及び排気工程では、真空容器１内の圧力が３Ｐａであり、Ｈｅ流量が５０ｓｃｃｍであり、ＡｓＨ３流量が３ｓｃｃｍであり、（Ｖ・ｐ／Ｑ）は６．７ｓであり、排気がオンであり、プラズマ発生用高周波電源５及び高周波電力印加用高周波電源１０の高周波電力（ＩＣＰ／ＢＩＡＳ）が８００／２００（Ｗ）である。ただし、真空容器１の真空室１Ａの体積をＶ（Ｌ：リットル）、前記真空容器１内の圧力をｐ（Ｔｏｒｒ）、供給される前記ガスの流量をＱ（Ｔｏｒｒ・Ｌ／ｓ）とする。この工程において、プラズマ放電が開始されて、シリコン基板よりなる試料９の表面にヒ素が注入されるプラズマドーピングを行う。
【００４２】
次いで、ステップＳ３において、制御装置９０の制御の下に、プラズマ発生用高周波電源５及び高周波電力印加用高周波電源１０をオフにして、プラズマ放電を終了して、プラズマドーピングを終了する。
【００４３】
前記第１実施形態によれば、前記したような梁１４を有する誘電体窓７、すなわち、導電層１３と誘電体側面部４０とを有する窓７を使用してプラズマドーピングを行うことにより、プラズマの密度はそのまま維持しつつ、誘電体側面部４０により渦電流２３０の発生を効果的に抑制してプラズマドーピングを行うことができる。この結果、シリコン基板よりなる試料９の表面の高い濃度の酸素の層が、自然酸化膜程度の膜厚に減少し、シリコン基板（例えば、半導体回路装置）の表面に、良好な不純物分布のドーピングを行うことができる。よって、例えば、ヒ素又はリンを含むドーパント用ガスを用いたｎ型半導体作製において、半導体基板表面の高い酸素濃度の層の膜厚を、図７のように未処理のシリコン基板の自然酸化膜程度に低減させることができる。
【００４４】
（第２実施形態）
以下、本発明の第２実施形態について、図１、図３から図９を参照して説明する。本発明としては、導電層１３と誘電体側面部４０とを有する構造として、第１実施形態のように８本の梁１４で構成するものに限られるものではなく、その他の構造でも実施可能であることの例として、この第２実施形態を示す。
【００４５】
図１に、本発明の第２実施形態において用いるプラズマドーピング装置の断面図を示すが、プラズマ発生方法は第１実施形態で説明したので省略する。以下の第２実施形態の説明においては、第１実施形態と異なる点について、主として説明する。
【００４６】
前記第１実施形態でも述べたように、梁構造を用いずに誘電体窓７の前面（内面）７ａにシリコン１３を付着させて導電層１３を形成する場合には、単結晶又はアモルファスシリコンがある程度の導電性（抵抗率１ｋΩ以下）を持つため、誘導結合プラズマ用コイル８からの電磁波がシリコン１３によって減衰し、プラズマを維持することが困難である。そこで、図２の(Ａ)及び(Ｂ)の代わりに、図８の(Ａ)及び(Ｂ)に示すように、誘電体窓７Ａの真空側の面７Ａａに放射状の１本の梁１４Ａを形成し、その１本の梁１４Ａの両側面に絶縁部分（誘電体側面部）４０Ａを形成し、誘電体窓７Ａの中心回りの回転方向の磁界による発生電流を絶縁部分（誘電体側面部）４０Ａにより遮断することによって、真空中に電磁波が伝播し、プラズマが生成される。外周枠部７ｂを除く領域、すなちわ、１本の梁１４Ａの内面及び梁１４Ａ以外の領域の内面（図８の（Ａ）の斜線で示す領域）には導電層１３Ａを形成して、誘電体窓７から酸素が真空室１Ａ内に放出されるのを導電層１３Ａにより抑制することができ、プラズマ２１から試料基板９に酸素が注入されなくなり、シリコン基板９の表面の酸素濃度を低減させることができる。この図８の構成によれば、１本の梁１４Ａを構成するだけでよく、構造が簡単なものとなり、製造コストも大幅に低減させることができる。
【００４７】
また、図８の代わりに、図９に示すように、８本の梁１４Ｂが、それぞれの中央側の端部は連結されずに互いに離れているとともに、それぞれの外縁側の端部は、窓７Ｂの内面７Ｂａの外周枠部７ｂに連結されて一体となっており、導電層１３Ｂ（図９の（Ａ）の斜線で示す領域）が互いに全て連結されているように構成している。各梁１４Ｂの両側面には、図２の（Ｂ）と同様に誘電体側面部）４０Ｂを形成し、前記実施形態と同様な作用効果を奏するようにしている。このような構成によれば、渦電流の方向に対して垂直方向に絶縁物が多く存在することになり、絶縁性能をより高めることができる。
【００４８】
なお、図８及び図９においては、先の第１実施形態と同様に、図１９に示すように誘電体窓７の中心回りの回転方向の電流（渦電流）２３０を遮断するための絶縁部分（絶縁層すなわち誘電体側面部４０Ａ）の幅（窓７の厚み方向の寸法）は、１０ｍｍ以上が望ましい。すなわち、梁１４の高さが絶縁部分（絶縁層すなわち誘電体側面部４０）に相当するので、梁１４の高さを１０ｍｍ以上にすることが望ましい。その理由は、誘電体側面部４０の幅が１０ｍｍ未満では、渦電流を遮断する効果が小さいからである。
【００４９】
ただし、電磁波が通過する誘電体窓７の梁１４Ａ，１４Ｂの径方向の外端の位置は、窓７Ａ，７Ｂの中央から、プラズマ発生装置の発生源の一例としてのコイル８の外縁（最外周の半径）よりも外側まで延びている必要がある。その理由は、第１実施形態と同じである。
【００５０】
前記第１実施形態及び第２実施形態では、主にプラズマドーピング方法及び装置について述べたが、ドライエッチング方法及び装置にも本発明を当てはめることができる。
【００５１】
また、第２実施形態の変形例として、窓７Ａ，７Ｂの内面７Ａａ，７Ｂａに、内面７Ａａ，７Ｂａから下向きに突出した梁１４Ａ，１４Ｂを形成する代わりに、断面における凹凸関係を逆にして、梁１４Ａ，１４Ｂに対応する部分に凹溝部を形成し、凹溝部の溝壁面を誘電体側面部４０Ａ，４０Ｂに形成するようにしてもよい。
【００５２】
本第２実施形態の方法及び装置でプラズマドーピング処理を実施した場合も、第１実施形態と同様の結果を得ることができる。
【００５３】
（他の実施形態）
本発明は、窓７に梁１４を設ける構造に限定されるものではなく、以下のような種々の態様とすることもできる。
【００５４】
例えば、図１０に示すように、前記した棒状の梁１４，１４Ａ，１４Ｂの代わりに、表面（真空室側の内面）７Ｃａに導電層１３Ｃを有する三角形状の面部材１４Ｃとし、隣接する面部材１４Ｃの間に三角形の凹部２４を形成し、各凹部２４の径方向沿いの側面を誘電体側面部４０Ｃとして、誘電体窓７Ｃを構成するようにしてもよい。
【００５５】
このように構成すれば、誘電体窓７を石英で構成するとき、梁１４を有する構造として製造するよりも、製造が簡単でかつ安価に製造できる。
【００５６】
また、図１１に示すように、前記した棒状の梁１４，１４Ａ，１４Ｂの代わりに、表面（真空室側の内面）７Ｄａに、中央から径方向沿いに延びる１つの段部１４Ｄを形成し、段部１４Ｄの径方向沿いの側面を誘電体側面部４０Ｄとし、誘電体側面部４０Ｄの表面側の端縁４０Ｄａから中心回りに円周方向沿いに１８０度回転すると、誘電体側面部４０Ｄの底面側の端縁４０Ｄｂにたどり着くような湾曲面に、表面（真空室側の内面）７Ｄａを形成し、その表面（真空室側の内面）７Ｄａの全面、又は、外周枠部７ｂを除く表面（真空室側の内面）７Ｄａの全面に導電層１３Ｄを形成して、誘電体窓７Ｄを構成するようにしてもよい。
【００５７】
このように構成すれば、誘電体窓７を石英で構成するとき、梁１４を有する構造として製造するよりも、製造が簡単でかつ安価に製造できる。また、このような構成によれば、真空に十分耐えることができる構造となるため、薄型化が可能となる。
【００５８】
また、図１２の（Ａ）及び（Ｂ）及び図１３に示すように、前記した１つの段部１４Ｄの代わりに、表面（真空室側の内面）７Ｅａに、８個の段部１４Ｅを等間隔に配置し、各段部１４Ｅは中央から径方向沿いに延び、かつ、径方向沿いの側面を誘電体側面部４０Ｅとする。また、各隣接する２つの誘電体側面部４０Ｅのうちの１つの誘電体側面部４０Ｅの表面側の端縁から中心回りに円周方向沿いに例えば４５度回転すると、隣接する２つの誘電体側面部４０Ｅのうちの他の１つの誘電体側面部４０Ｅの底面側の端縁にたどり着くような傾斜平面を隣接する２つの誘電体側面部４０Ｅ間に形成することにより、表面（真空室側の内面）７Ｅａを形成し、その表面（真空室側の内面）７Ｅａの全面、又は、外周枠部７ｂを除く表面（真空室側の内面）７Ｅａの全面に導電層１３Ｅを形成して、誘電体窓７Ｅを構成するようにしてもよい。
【００５９】
このように構成すれば、誘電体窓７を石英で構成するとき、梁１４を有する構造として製造するよりも、製造が簡単でかつ安価に製造できる。また、このような構成によれば、真空に十分耐えることができる構造となるため、薄型化が可能となる。
【００６０】
また、図１４に示すように、前記した８つの段部１４Ｅにおいて隣接する２つの誘電体側面部４０Ｅ間に傾斜平面を形成する代わりに、８つの段部１４Ｆの各隣接する２つの誘電体側面部４０Ｆ間に傾斜湾曲面を形成するようにしてもよい。すなわち、表面（真空室側の内面）７Ｆａに、８個の段部１４Ｆを等間隔に配置し、各段部１４Ｆは中央から径方向沿いに延び、かつ、径方向沿いの側面を誘電体側面部４０Ｆとする。また、各隣接する２つの誘電体側面部４０Ｆのうちの１つの誘電体側面部４０Ｆの表面側の端縁から中心回りに円周方向沿いに例えば４５度回転すると、隣接する２つの誘電体側面部４０Ｆのうちの他の１つの誘電体側面部４０Ｆの底面側の端縁にたどり着くような傾斜湾曲面を隣接する２つの誘電体側面部４０Ｆ間に形成することにより、表面（真空室側の内面）７Ｆａを形成し、その表面（真空室側の内面）７Ｆａの全面、又は、外周枠部７ｂを除く表面（真空室側の内面）７Ｆａの全面に導電層１３Ｆを形成して、誘電体窓７Ｆを構成するようにしてもよい。
【００６１】
このように構成すれば、誘電体窓７を石英で構成するとき、梁１４を有する構造として製造するよりも、製造が簡単でかつ安価に製造できる。また、このような構成によれば、真空に十分耐えることができる構造となるため、薄型化が可能となる。
【００６２】
なお、前記誘電体側面部を有する段の数は、１つに限られるものではなく、窓７の内面７ａにおいて、複数個、等間隔又は任意の間隔で配置するようにしてもよい。
【００６３】
以上述べた本発明の様々な実施形態及び変形例においては、本発明の適用範囲のうち、真空容器（真空室）１の形状、プラズマ発生装置の方式及び配置等に関して様々なバリエーションのうちの一部を例示したに過ぎない。本発明の適用にあたり、ここで例示した以外にも様々なバリエーションが考えられることは、いうまでもない。
【００６４】
例えば、プラズマ発生装置として、コイル８を平面状としてもよく、あるいは、ヘリコン波プラズマ源、磁気中性ループプラズマ源、又は、有磁場マイクロ波プラズマ源（電子サイクロトロン共鳴プラズマ源）を用いてもよい。また、平行平板に対しては、プラズマ発生手段として絶縁膜を介さず放電することが可能であるが、処理基板９と対向している電極の表面を処理基板９と同じ材料にすることができる。ただし、上記プラズマ源を用いる場合でも、上部石英板である窓７上の梁１４又は段部などが有する絶縁部分（誘電体側面部）は中央からコイル８又はアンテナの外周よりも外側に配置させなければならない。これは、先に述べた理由からである。
【００６５】
また、ヘリウム以外の不活性ガスを用いてもよく、ネオン、アルゴン、クリプトン、又は、キセノン（ゼノン）のうち少なくとも１つのガスを用いることができる。これらの不活性ガスは、試料への悪影響が他のガスよりも小さいという利点がある。
【００６６】
また、試料９が、シリコンよりなる半導体基板である場合を例示したが、他の様々な材質の試料を処理するに際して、本発明を適用することができる。
【００６７】
また、不純物がヒ素である場合について例示したが、試料９がシリコンよりなる半導体基板である場合、特に不純物が特にｎ型半導体を製造する場合に用いられるヒ素、リン、又は、アンチモンである場合に、本発明は有効である。これは、元素特有の問題であり、トランジスタ部分に浅い接合を形成することができるからである。
【００６８】
また、本発明は、ドーピング濃度が低濃度である場合に有効であり、特に、１×１０１１／ｃｍ２〜１×１０１７／ｃｍ２を狙いとしたプラズマドーピング方法及び装置として有効である。また、１×１０１１／ｃｍ２〜１×１０１４／ｃｍ２を狙いとしたプラズマドーピング方法及び装置として、特に格別の効果を奏する。ドーピング濃度が１×１０１７／ｃｍ２よりも大きい場合には、従来のイオンインプラで可能であるのに対して、ドーピング濃度が１×１０１７／ｃｍ２以下を必要するデバイスには従来の方法では対応できなかったが、本発明によれば、対応することが可能となる。
【００６９】
また、プラズマドーピング処理において、ｎ型半導体を製造する場合のヒ素、リン、又は、アンチモンに対して、シリコン基板９表面の酸素濃度低減するときに有効であったが、コンタミネーションが発生した場合、ｐ型半導体を製造するための不純物ボロン、アルミ、又は、窒素に対しても有効である。
【００７０】
なお、上記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明のプラズマドーピング装置は、例えばシリコン基板のような処理基板の表面の高い酸素濃度の層が、自然酸化膜程度の膜厚に減少し、処理基板例えば半導体回路装置の表面に、良好な不純物分布のドーピングを行うことができて有効である。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の第１実施形態によるプラズマドーピングドーピング装置の構成図
【図２】(Ａ)は、本発明の実施形態によるプラズマドーピング装置の上部石英板の窓の底面図、(Ｂ)は前記プラズマドーピング装置の前記窓の図２の（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図
【図３】本発明の実施形態によるアルシンを用いたときのプラズマドーピング処理中のプラズマ内及び石英板上のイオン・原子の状態図
【図４】本発明の実施形態によるプラズマドーピング処理中の処理基板表面の状態の説明図
【図５】本発明の前記第１実施形態によるプラズマドーピング直後のヒ素濃度と、シリコン及び酸素の元素カウント数（ＳｉＯの濃度（任意単位））と、基板の深さとの関係を示す図
【図６】従来の実施形態によるプラズマドーピング直後のヒ素濃度、シリコン及び酸素の元素カウント数を示す図
【図７】本発明の前記第１実施形態によるプラズマドーピングにおける、ｐ型シリコン基板のヒ素濃度と、シリコン及び酸素の元素カウント数（ＳｉＯの濃度（任意単位））と、基板の深さとの関係を示す図
【図８】(Ａ)は、本発明の第２実施形態によるプラズマドーピング装置の上部石英板の窓の底面図、(Ｂ)は前記プラズマドーピング装置の前記窓の図８の（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図
【図９】本発明の前記第２実施形態の変形例によるプラズマドーピング装置の上部石英板の窓シリコンパターン図
【図１０】本発明の他の実施形態によるプラズマドーピング装置の上部石英板の窓の斜視図
【図１１】本発明のさらに他の実施形態によるプラズマドーピング装置の上部石英板の窓の斜視図
【図１２】(Ａ)は、本発明のさらに他の実施形態によるプラズマドーピング装置の上部石英板の窓の底面図、(Ｂ)は前記プラズマドーピング装置の前記窓の図１２の（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図
【図１３】図１２の本発明の前記さらに他の実施形態によるプラズマドーピング装置の上部石英板の窓の斜視図
【図１４】本発明のさらに他の実施形態によるプラズマドーピング装置の上部石英板の窓の斜視図
【図１５】従来の実施形態によるプラズマドーピング処理装置の構成図
【図１６】従来の実施形態によるプラズマドーピング処理中の処理基板表面の状態の説明図
【図１７】従来の実施形態によるジボランを用いたときのプラズマドーピング処理中のプラズマ内及び石英板上のイオン・原子の状態図
【図１８】従来の実施形態によるアルシンを用いたときのプラズマドーピング処理中のプラズマ内及び石英板上のイオン・原子の状態図
【図１９】誘電体窓の中心回りの回転方向の電流（渦電流）を説明するための斜視図
【符号の説明】
【００７３】
１  真空容器
１Ａ  真空室
２  ガス供給装置
３  ターボ分子ポンプ
４  調圧弁
５  高周波電源
５ａ  整合器
６  試料電極
７，７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄ，７Ｅ，７Ｆ  誘電体窓
７ａ，７Ａａ，７Ｂａ，７Ｃａ，７Ｄａ，７Ｅａ，７Ｆａ  真空室側の表面
７ｂ  外周枠部
８  コイル
９  処理基板
１０  高周波電源
１１  ガス供給口
１２  排気口
１３，１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄ，１３Ｅ，１３Ｆ  導電層
１４，１４Ａ，１４Ｂ  梁
１４Ｃ  面部材
２０  整合器
２１  プラズマ
２２  シース
２４  凹部
４０，４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ，４０Ｄ，４０Ｅ，４０Ｆ  誘電体側面部
４２  試料
６０  絶縁体
９０  制御装置
１３０  導電体物質
２３０  渦電流
２４０  交流磁界
【図１】
2010050188.tif 000003
【図２】
2010050188.tif 000004
【図３】
2010050188.tif 000005
【図５】
2010050188.tif 000006
【図６】
2010050188.tif 000007
【図７】
2010050188.tif 000008
【図８】
2010050188.tif 000009
【図９】
2010050188.tif 000010
【図１０】
2010050188.tif 000011
【図１１】
2010050188.tif 000012
【図１２】
2010050188.tif 000013
【図１３】
2010050188.tif 000014
【図１４】
2010050188.tif 000015
【図１５】
2010050188.tif 000016
【図１７】
2010050188.tif 000017
【図１８】
2010050188.tif 000018
【図１９】
2010050188.tif 000019
【図４】
2010050188.tif 000020
【図１６】
2010050188.tif 000021